Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article décrit la préparation de nanocomposites à base de polypropylène et d'argile lamellaire par extrusion bivis. Après avoir présenté l'intérêt potentiel de ces matériaux, les techniques expérimentales de préparation et de caractérisation de ces nanocomposites sont détaillées. Ensuite, l'influence des paramètres opératoires (vitesse de vis, débit d'alimentation ou temps de mélange, température du fourreau) sur la microstructure est évaluée, d'abord dans un mélangeur interne, puis dans une extrudeuse bivis. Enfin, il est montré comment une approche de modélisation fondée sur la thermomécanique des écoulements peut aider à résoudre les problèmes d'optimisation et de mise à l'échelle.
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This article describes the preparation of nanocomposites based on polypropylene and lamellar clay by twin-screw extrusion. After presenting the potential utility of these materials, the experimental techniques for preparing and characterizing them are described. The influence of the processing parameters (screw speed, feed rate or mixing time, barrel temperature) on the microstructure is then evaluated, first in an internal mixer, then in a twin-screw extruder. Finally, the article shows how a modeling approach based on continuum mechanics can help solve optimization and scale-up problems.
Auteur(s)
-
Bruno VERGNES : Directeur de Recherches - CEMEF, MINES ParisTech, Sophia Antipolis, France
INTRODUCTION
Les nanocomposites sont apparus au début des années 90, avec les travaux pionniers des chercheurs de Toyota qui ont montré que l’incorporation d’une petite quantité (quelques pourcents en masse) d’argile lamellaire dans un polyamide pouvait grandement améliorer ses propriétés mécaniques, particulièrement sa rigidité. Fabriqués à l’origine en solution ou par polymérisation in situ, les nanocomposites sont maintenant préparés préférentiellement par mélange à l’état fondu, en utilisant des procédés de compoundage classiques, essentiellement l’extrusion bivis. Cependant, pour obtenir les propriétés attendues, les argiles doivent être exfoliées au sein de la matrice polymère, c’est-à-dire dispersées au niveau des feuillets individuels qui composent les tactoïdes. Si cette dispersion est facile avec les polymères polaires, comme les polyamides, elle devient beaucoup plus difficile avec les matrices non polaires, comme les polyoléfines. Même après modification par des cations organiques afin de rendre les argiles plus compatibles avec la matrice, une exfoliation parfaite des feuillets est impossible en l’absence de compatibilisant. Dans la majorité des cas, une polyoléfine greffée avec de l’anhydride maléique est utilisée comme agent compatibilisant. Bien que de nombreuses avancées aient été réalisées ces dernières années dans la préparation de ces nanocomposites par voie fondue, le choix d’un profil de vis adapté et de conditions opératoires adéquates pour optimiser l’exfoliation de l’argile et la dispersion des feuillets dans la matrice reste un défi.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
lamellar clay | nanocomposite | extrusion | polypropylene
DOI (Digital Object Identifier)
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Glossaire5. Conclusion
Dans cet article, l’attention a été portée sur la préparation de nanocomposites à base de PP et d’argile lamellaire par mélange à l’état fondu dans une extrudeuse bivis. La microstucture des nanocomposites a été principalement déterminée par les mesures du rapport d’aires (qui caractérise le nombre et la taille des grands agglomérats) par microscopie électronique à balayage et le seuil d’écoulement apparent (qui caractérise le niveau d’exfoliation) par rhéométrie oscillatoire de faible amplitude. L’influence des principaux paramètres opératoires (vitesse de vis, débit d’alimentation, température du fourreau) sur le niveau de dispersion aux différentes échelles a été mise en évidence. Il a été montré qu’il était directement lié à l’énergie mécanique spécifique (EMS), mais aussi partiellement contrôlé par l’histoire thermique supportée par le nanocomposite. En couplant un modèle d’écoulement en extrusion bivis et des lois d’évolution pour le rapport d’aires et le seuil d’écoulement, il est possible de modéliser les changements de microstructure au cours du procédé de mélange. Ce modèle peut ensuite être appliqué pour optimiser le profil de vis et les conditions opératoires, ainsi que pour résoudre les problèmes de mise à l’échelle, pour l’extrapolation d’une extrudeuse de laboratoire à une machine industrielle.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - NORMAND (G.), MIJA (A.), PAGNOTTA (S.), PEUVREL-DISDIER (E.), VERGNES (B.) - * - J. Appl. Polym. Sci., 134, p. 45053 (2017).
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(2) - LERTWIMOLNUN (W.), VERGNES (B.) - * - Polymer, 46, p. 3462-3471 (2005).
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(4) - LERTWIMOLNUN (W.) - Réalisation de nanocomposites polypropylenène/argile par extrusion bivis, - Thèse de Doctorat, MINES ParisTech (2006).
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(5) - LAFLEUR (P.G.), VERGNES (B.) - Extrusion des Polymères, - Hermès, Paris (2014).
-
(6) - LERTWIMOLNUN (W.), VERGNES (B.) - * - Polym....
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Ludovic© , code de simulation de l’extrusion bivis corotative, est commercialisé par la société SCC (Sciences Computers Consultants)
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